(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換用モジュールであって、
基板と第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードと中間接続部を備えており、
前記第１トランジスタは、前記基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が正極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が前記中間接続部に接続可能に構成されており、
前記第２トランジスタは、前記基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が負極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が前記中間接続部に接続可能に構成されており、
第１ダイオードは、前記基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が前記正極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が前記中間接続部に接続可能に構成されており、
前記第２ダイオードは、前記基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が前記負極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が前記中間接続部に接続可能に構成されており、
平面視したときに、前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと前記第１ダイオードの間に配置されており、
平面視したときに、前記第１ダイオードは、前記第２トランジスタと前記第２ダイオードの間に配置されている電力変換用モジュール。
【請求項２】
前記中間接続部は、前記基板の表面に設けられている中間電極板を有しており、
前記中間電極板は、第１方向に沿って伸びているメイン部と、前記第１方向に直交する第２方向に向けて前記メイン部から突出する第１突出部及び第２突出部を有しており、
前記第２トランジスタは、前記第１突出部上に設けられており、
前記第２ダイオードは、前記第２突出部上に設けられている請求項１に記載の電力変換用モジュール。
【請求項３】
前記中間接続部は、リアクトルが接続可能に構成されている請求項１又は２に記載の電力変換用モジュール。
【請求項４】
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタと前記第１ダイオードと前記第２ダイオードの半導体材料が、炭化珪素である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に用いられる電力変換用モジュールに関する。本発明は特に、入力電圧を変圧して出力する電力変換装置、入力電圧を直流から交流又は交流から直流に変換して出力する電力変換装置に用いられる電力変換用モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の一例に、直流電圧を変圧（昇圧及び／又は降圧）して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ、直流電圧を交流電圧又は交流電圧を直流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータが知られている。この種の電力変換装置は、一対のトランジスタと一対のダイオードで構成されたハーフブリッジ回路を備えている。ハーフブリッジ回路は、モジュール化して用いられることが多い。
【０００３】
特許文献１には、この種の電力変換装置に用いられる電力変換用モジュールの一例が開示されている。特許文献１に開示される電力変換用モジュールの平面図を図１０に、その電力変換用モジュールをＤＣ／ＤＣコンバータに用いた場合の回路図を図１１に示す。
【０００４】
図１０に示されるように、電力変換用モジュールは、絶縁基板１１０と正電極板１１１Ｐと負電極板１１１Ｎと中間電極板１１１Ｍと一対の回路パターン１１１Ａ，１１１Ｂを備えている。回路パターン１１１Ａ，１１１Ｂは、Ｌ字状の形態を備えている。電力変換用モジュールはさらに、回路パターン１１１Ａ上に設けられている上側トランジスタＱ１０及び上側ダイオードＤ１０と、回路パターン１１１Ｂ上に設けられている下側トランジスタＱ２０及び下側ダイオードＤ２０を備えている。上側トランジスタＱ１０及び下側トランジスタＱ２０には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。
【０００５】
図１１に示されるように、電力変換用モジュールでは、上側トランジスタＱ１０と下側トランジスタＱ２０が中間電極板１１１Ｍを介して直列に接続されており、上側ダイオードＤ１０が上側トランジスタＱ１０に対して逆並列に接続されており、下側ダイオードＤ２０が下側トランジスタＱ２０に対して逆並列に接続されている。具体的には、上側トランジスタＱ１０のコレクタ電極及び上側ダイオードＤ１０のカソード電極が正電極板１１１Ｐに電気的に接続されており、上側トランジスタＱ１０のエミッタ電極及び上側ダイオードＤ１０のアノード電極が中間電極板１１１Ｍに電気的に接続されている。また、下側トランジスタＱ２０のエミッタ電極及び下側ダイオードＤ２０のアノード電極が負電極板１１１Ｎに電気的に接続されており、下側トランジスタＱ２０のコレクタ電極及び下側ダイオードＤ２０のカソード電極が中間電極板１１１Ｍに電気的に接続されている。
【０００６】
図１１に示されるように、この電力変換用モジュールでは、中間電極板１１１ＭにリアクトルＬ１０が接続されているとともに、正電極板１１１Ｐと負電極板１１１Ｎの間に平滑用コンデンサＣ２０が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この種の電力変換用モジュールでは、リンギング現象の発生が問題となっている。リンギング現象は、トランジスタＱ１０，Ｑ２０がスイッチングするときに電力変換用モジュール内を流れる変位電流が原因である。
【０００９】
例えば、下側トランジスタＱ２０がターンオンすると、上側ダイオードＤ１０に流れていた電流が減少し、上側ダイオードＤ１０の電流がゼロになる瞬間に上側ダイオードＤ１０の接合容量が顕在化する。このとき、上側トランジスタＱ１０の端子間容量及び上側ダイオードＤ１０の接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、上側トランジスタＱ１０及び上側ダイオードＤ１０から下側トランジスタＱ２０に向けて流れる。この変位電流は、電流経路に依存する自己インダクタンスによってＬＣ直列共振し、リンギング現象を発生させる。
【００１０】
また、下側トランジスタＱ２０がターンオフすると、リアクトルＬ１０から上側ダイオードＤ１０を介して電流が流れる。このとき、回路経路内に寄生するインダクタンス成分によりサージ電圧が発生する。このサージ電圧によって中間電極板１１１Ｍの電圧が上昇する。このとき、下側トランジスタＱ２０の端子間容量及び下側ダイオードＤ２０の接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、上側ダイオードＤ１０から下側トランジスタＱ２０及び下側ダイオードＤ２０に向けて流れる。この変位電流は、電流経路に依存する自己インダクタンスによってＬＣ直列共振し、リンギング現象を発生させる。
【００１１】
下側トランジスタＱ２０がターンオン又はターンオフする場合のいずれにおいても、電力変換モジュールには、図１２の矢印に示されるような変位電流が流れる。図１２に示されるように、変位電流は大きなループを描くように流れることから、自己インダクタンスが大きい。このため、図１０に示すような電力変換用モジュールのレイアウトでは、過大なリンギング現象が問題となる。
【００１２】
なかでも、トランジスタ及びダイオードの半導体材料に炭化珪素又は窒化ガリウム等の化合物半導体を用いた場合、トランジスタの端子間容量やダイオードの接合容量が大きく、またシリコンを用いた場合に比して少数キャリアの蓄積が少ないことから、電流変化が急峻となり、リンギング現象が問題となり易い。
【００１３】
本明細書で開示される技術では、ハーフブリッジ回路を構成する一対のトランジスタと一対のダイオードの配置を工夫し、電力変換用モジュールを流れる変位電流の電流経路に依存する自己インダクタンスを低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本明細書で開示される電力変換用モジュールでは、変位電流が分流するように、一対のトランジスタと一対のダイオードが配置されていることを特徴としている。さらに、分流した変位電流のそれぞれが、隣り合う素子間を流れるように、一対のトランジスタと一対のダイオードが配置されていることを特徴としている。これにより、変位電流のそれぞれの電流経路が小さくなり、電流経路に依存する自己インダクタンスも小さくなる。さらに、合成インダクタンスがそれぞれの自己インダクタンスの並列回路と等価となることから、変位電流の電流経路に依存する自己インダクタンスが全体として小さくなる。この結果、本明細書で開示される電力変換用モジュールでは、リンギング現象が改善される。
【００１５】
本願明細書で開示される電力変換用モジュールは、基板と第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードと中間接続部を備えている。第１トランジスタは、基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が正極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が中間接続部に接続可能に構成されている。第２トランジスタは、基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が負極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が中間接続部に接続可能に構成されている。第１ダイオードは、基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が正極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が中間接続部に接続可能に構成されている。第２ダイオードは、基板の表面に設けられており、一方の入出力電極が負極側配線に接続可能に構成されており、他方の入出力電極が中間接続部に接続可能に構成されている。平面視したときに、第２トランジスタは、第１トランジスタと第１ダイオードの間に配置されている。さらに、平面視したときに、第１ダイオードは、第２トランジスタと第２ダイオードの間に配置されている。
【００１６】
上記の電力変換用モジュールでは、第２トランジスタがターンオンすると、第１トランジスタの端子間容量及び第１ダイオードの接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、第１トランジスタから第２トランジスタに流れる電流と、第１ダイオードから第２トランジスタに流れる電流とに分流する。平面パターンでは、第２トランジスタが第１トランジスタと第１ダイオードの間に配置されている。したがって、分流した変位電流のそれぞれが隣り合う素子間を流れるので、それぞれの電流経路に依存する自己インダクタンスが小さくなる。さらに、変位電流が分流することで、合成インダクタンスがそれぞれの自己インダクタンスの並列回路と等価となることから、変位電流の電流経路に依存する自己インダクタンスが全体として小さくなる。また、第２トランジスタがターンオフすると、第２トランジスタの端子間容量及び第２ダイオードの接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、第１ダイオードから第２トランジスタに流れる電流と、第１ダイオードから第２ダイオードに流れる電流とに分流する。平面パターンでは、第１ダイオードが第２トランジスタと第２ダイオードの間に配置されている。したがって、分流した変位電流のそれぞれが隣り合う素子間を流れるので、それぞれの電流経路に依存する自己インダクタンスが小さくなる。さらに、変位電流が分流することで、合成インダクタンスがそれぞれの自己インダクタンスの並列回路と等価となることから、変位電流の電流経路に依存するインダクタンスが全体として小さくなる。
【００１７】
本明細書で開示される電力変換用モジュールでは、中間接続部が、基板の表面に設けられている中間電極板を有しているのが望ましい。この場合、中間電極板は、第１方向に沿って伸びているメイン部と、メイン部から突出する第１突出部と第２突出部を有しているのが望ましい。第１突出部と第２突出部は、第１方向に直交する第２方向に向けてメイン部から突出している。また、第２トランジスタが第１突出部上に設けられており、第２ダイオードが第２突出部上に設けられている。この形態の電力変換用モジュールでは、平面視したときに、第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードが、第１方向に沿ってこの順で配置されている。
【００１８】
本明細書で開示される電力変換用モジュールは、様々な種類の電力変換装置に用いることができる。特に、本明細書で開示される電力変換用モジュールは、直流電圧を変圧（昇圧及び／又は降圧）して出力するＤＣ／ＤＣコンバータに用いるのが望ましい。この場合、中間接続部にリアクトルが接続可能に構成されている。
【００１９】
リンギング現象は、トランジスタ及びダイオードの半導体材料に炭化珪素が用いられる場合に特に問題となる。したがって、第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードの半導体材料が炭化珪素である場合に、本明細書で開示される技術は特に有用である。
【発明の効果】
【００２０】
本明細書で開示される電力変換用モジュールでは、変位電流を分流させることによってそれぞれの電流経路の自己インダクタンスが小さくなり、合成インダクタンスも減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施例の電力変換装置の回路図を示す。
【図２】第１実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示す。
【図３】第１実施例の電力変換用モジュールの平面図の一例を示す。
【図４】第１実施例の電力変換用モジュールの平面図の一例を示す。
【図５】第１実施例の電力変換用モジュールを流れる変位電流の一例を示す。
【図６】第１実施例の電力変換用モジュールを流れる変位電流の一例を示す。
【図７】第２実施例の電力変換用モジュールの平面図の一例を示す。
【図８】第２実施例の電力変換用モジュールに用いられる接続部の概要の一例を示す。
【図９】第２実施例の電力変換用モジュールに用いられる接続部の概要の一例を示す。
【図１０】従来の電力変換用モジュールの平面図の一例を示す。
【図１１】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示す。
【図１２】従来の電力変換用モジュールを流れる変位電流の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書で開示される技術の特徴を整理しておく。
（第１特徴）電力変換用モジュールは、基板と第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードと中間接続部を備えている。第１トランジスタと第２トランジスタは、基板の表面に設けられており、中間接続部を介して直列に接続可能に構成されている。第１ダイオードは、基板の表面に設けられており、第１トランジスタに対して並列に接続されている。第２ダイオードは、基板の表面に設けられており、第２トランジスタに対して並列に接続されている。平面視したときに、第２トランジスタは、第１トランジスタと第１ダイオードの間に配置されている。さらに、平面視したときに、第１ダイオードは、第２トランジスタと第２ダイオードの間に配置されている。
（第２特徴）第１特徴において、第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードは、平面視したときに、一方向に沿ってこの順で並んでいる。
（第３特徴）第２特徴において、第１トランジスタと第２トランジスタと第１ダイオードと第２ダイオードのそれぞれの素子間が略等しい間隔である。
【実施例１】
【００２３】
以下、モータの出力を利用して走行する電動車両（エンジンを併用するハイブリッド車両も含まれる）に搭載される電力変換装置を説明する。図１に示されるように、電力変換装置１０は、バッテリ１１とモータ１４の間に設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とＤＣ／ＡＣインバータ１３を備えている。
【００２４】
バッテリ１１は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池が用いられる。バッテリ１１は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数有しており、これらのモジュールがさらに直列接続されている。これにより、バッテリ１１は、車両を駆動するのに必要な高電圧を確保することができる。なお、バッテリ１１は、大容量コンデンサとしてもよい。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、リアクトルＬ１とハーフブリッジ回路１２Ａを有している。ハーフブリッジ回路１２Ａは、一対のトランジスタＱ１，Ｑ２と一対のダイオードＤ１，Ｄ２を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、トランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング動作によりリアクトルＬ１におけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、直流入力電圧を変圧して直流出力電圧を得る装置である。この例のＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、昇圧および降圧を行う双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、ハーフブリッジ回路１２ＡのトランジスタＱ１，Ｑ２がインバータ１３の正極側配線１０Ｐと負極側配線１０Ｎ（この例では、アース側配線である）との間に直列に接続されている。具体的には、上側トランジスタＱ１のコレクタ電極及び上側ダイオードＤ１のカソード電極が正極側配線１０Ｐに接続されており、上側トランジスタＱ１のエミッタ電極及び上側ダイオードＤ１のアノード電極がリアクトルＬ１の一端に接続されている。上側ダイオードＤ１は、上側トランジスタＱ１に対して逆並列に接続されている。下側トランジスタＱ２のエミッタ電極及び下側ダイオードＤ２のアノード電極が負極側配線１０Ｎに接続されており、下側トランジスタＱ２のコレクタ電極及び下側ダイオードＤ２のカソード電極がリアクトルＬ１の一端に接続されている。下側ダイオードＤ２は、下側トランジスタＱ２に対して逆並列に接続されている。リアクトルＬ１の他端は、バッテリ１１の正極に接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２には、縦型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。この例に代えて、トランジスタＱ１，Ｑ２には、縦型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又は縦型のサイリスタ等が用いられてもよい。ダイオードＤ１，Ｄ２には、縦型のＰＩＮダイオードが用いられている。この例に代えて、ダイオードＤ１，Ｄ２には、縦型のショットキーバリアダイオード、縦型のジャンクションショットキーバリアダイオード等が用いられてもよい。
【００２７】
図２及び図３を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のハーフブリッジ回路１２Ａの構成を詳細に説明する。図３に示されるように、ハーフブリッジ回路１２Ａは、モジュール（以下、電力変換用モジュール１２Ａという）化されている。この電力変換用モジュール１２Ａは、絶縁基板１と、第１及び第２正電極板１１Ｐａ，１１Ｐｂと、第１及び第２負電極板１１Ｎａ，１１Ｎｂと、中間電極板１１Ｍと、及び第１及び第２制御電極板１ａ，２ａを備えている。絶縁基板１の材料には、窒化アルミニウム又は窒化シリコン等が用いられる。各電極板の材料には、アルミニウム又は銅等が用いられる。各電極板は、はんだ接合技術を利用して絶縁基板１上に固定されている。
【００２８】
第１及び第２正電極板１１Ｐａ，１１Ｐｂと第１及び第２負電極板１１Ｎａ，１１Ｎｂは、略矩形状の形態を有している。第１正電極板１１Ｐａと第１負電極板１１Ｎａと第２正電極板１１Ｐｂと第２負電極板１１Ｎｂは、ｘ軸方向に沿ってこの順で配置されている。中間電極板１１Ｍは、ｘ軸方向に沿って伸びているメイン部１１Ｍａと、そのメイン部１１Ｍａからｙ軸方向に沿って伸びている第１及び第２突出部１１Ｍｂ，１１Ｍｃを備えている。第１突出部１１Ｍｂと第１負電極板１１Ｎａは、ｙ軸方向に沿って対向するように配置されている。第２突出部１１Ｍｃと第２負電極板１１Ｎｂは、ｙ軸方向に沿って対向するように配置されている。第１突出部１１Ｍｂと第２突出部１１Ｍｃの間には、第２正電極板１１Ｐｂが配置されている。第１及び第２制御電極板１ａ，２ａは、略矩形状の形態を有している。第１及び第２制御電極板１ａ，２ａは、ｙ軸方向において、中間電極板１１Ｍのメイン部１１Ｍａを間に置いた状態で、上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２が配置されている側とは反対側に配置されている。
【００２９】
電力変換用モジュール１２Ａはさらに、上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２と上側ダイオードＤ１と下側ダイオードＤ２を備えている。上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２と上側ダイオードＤ１と下側ダイオードＤ２は、ｘ軸方向に沿ってこの順で配置されている。また、それぞれの素子間の間隔は、略等しい間隔に調整されている。
【００３０】
上側トランジスタＱ１は、第１正電極板１１Ｐａの表面に固定されている。具体的には、上側トランジスタＱ１のコレクタ電極が第１正電極板１１Ｐａの表面にはんだ接合されており、上側トランジスタＱ１のエミッタ電極がｙ軸方向に伸びるワイヤを介して中間電極板１１Ｍのメイン部１１Ｍａに電気的に接続されている。
【００３１】
下側トランジスタＱ２は、中間電極板１１Ｍの第１突出部１１Ｍｂの表面に固定されている。具体的には、下側トランジスタＱ２のコレクタ電極が第１突出部１１Ｍｂの表面にはんだ接合されており、下側トランジスタＱ２のエミッタ電極がｙ軸方向に伸びるワイヤを介して第１負電極板１１Ｎａに電気的に接続されている。
【００３２】
上側ダイオードＤ１は、第２正電極板１１Ｐｂの表面に固定されている。具体的には、上側ダイオードＤ１のカソード電極が第２正電極板１１Ｐｂの表面にはんだ接合されており、上側ダイオードＤ１のアノード電極がｙ軸方向に伸びるワイヤを介して中間電極板１１Ｍのメイン部１１Ｍａに電気的に接続されている。
【００３３】
下側ダイオードＤ２は、中間電極板１１Ｍの第２突出部１１Ｍｃの表面に固定されている。具体的には、下側ダイオードＤ２のカソード電極が第２突出部１１Ｍｃの表面にはんだ接合されており、下側ダイオードＤ２のアノード電極がｙ軸方向に伸びるワイヤを介して第２負電極板１１Ｎｂに電気的に接続されている。
【００３４】
第１制御電極板１ａは、ｙ軸方向に伸びるワイヤを介して上側トランジスタＱ１のゲートに電気的に接続されている。第２制御電極板２ａは、ｙ軸方向に伸びるワイヤを介して下側トランジスタＱ２のゲートに電気的に接続されている。なお、制御電極板１ａ，２ａは、図４に示すように、ｘ軸方向において、上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２に隣接して配置されていてもよい。
【００３５】
図１に示すように、ＤＣ／ＡＣインバータ１３は、正極側配線１０Ｐと負極側配線１０Ｎの間に並列に接続されるＵ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、及びＷ相アーム１３Ｗを備えている。Ｕ相アーム１３はトランジスタＱ３，Ｑ４を有するハーフブリッジ回路で構成されており、Ｖ相アーム１３ＶはトランジスタＱ５，Ｑ６を有するハーフブリッジ回路で構成されており、Ｗ相アーム１３ＷはトランジスタＱ７，Ｑ８を有するハーフブリッジ回路で構成されている。各トランジスタＱ３−Ｑ８には、ダイオードＤ３−Ｄ８が逆並列に接続されている。各相アームの中間点は、モータ１４の各相コイルの各相端に接続されている。トランジスタＱ３−Ｑ８には、縦型のＩＧＢＴが用いられている。この例に代えて、トランジスタＱ３−Ｑ８には、縦型のＭＯＳＦＥＴ又は縦型のサイリスタ等が用いられてもよい。ダイオードＤ３−Ｄ８には、縦型のＰＩＮダイオードが用いられている。この例に代えて、ダイオードＤ１，Ｄ２には、縦型のショットキーバリアダイオード、縦型のジャンクションショットキーバリアダイオード等が用いられてもよい。なお、Ｕ相アーム１３Ｕ、Ｖ相アーム１３Ｖ、及びＷ相アーム１３Ｗには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の電力変換用モジュール１２Ａを用いてもよい。
【００３６】
バッテリ１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２の間には、平滑用コンデンサＣ１が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とＤＣ／ＡＣインバータの間にも平滑用コンデンサＣ２が接続されている。これらのコンデンサＣ１，Ｃ２には、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサが用いられる。コンデンサＣ１は、バッテリ１１から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１２へ供給する。コンデンサＣ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をＤＣ／ＡＣインバータ１３へ供給する。
【００３７】
次に、電力変換装置１０の動作を説明する。モータ１４の駆動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、バッテリ１１からの直流電圧を昇圧してインバータ１３に供給する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２とを交互にオン・オフさせる制御が行われる。下側トランジスタＱ２がオンすると、下側トランジスタＱ２を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、バッテリ１１からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、下側トランジスタＱ２がオフになると、リアクトルＬ１に蓄積された直流電力が上側ダイオードＤ１を介してインバータ１３に出力される。インバータ１３は、トランジスタＱ３−Ｑ８のスイッチング動作により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２からの直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力をモータ１４に供給する。これにより、モータ１４が回転駆動される。
【００３８】
一方、モータ１４の回生時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、インバータ１３からの直流電圧を降圧してバッテリ１１で充電する。モータ１４で発電された交流電力は、インバータ１３のトランジスタＱ３−Ｑ８のスイッチング動作により、直流電力に変換される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２では、上側トランジスタＱ１と下側トランジスタＱ２とを交互にオン・オフさせる制御が行われる。上側トランジスタＱ１がオンになると、上側トランジスタＱ１を介してリアクトルＬ１に電流が流れ、インバータ１３からの直流電力がリアクトルＬ１に蓄積される。そして、上側トランジスタＱ１がオフになると、リアクトルＬ１の起電力により下側ダイオードＤ２を介して電流が還流し、これによりリアクトルＬ１に蓄積された直流電力がバッテリ１１に供給され、バッテリ１１が充電される。
【００３９】
例えば、モータ１４の駆動時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に変位電流が流れる。下側トランジスタＱ２がターンオンすると、上側ダイオードＤ１に流れていた電流が減少し、上側ダイオードＤ１の電流がゼロになる瞬間に上側ダイオードＤ１の接合容量に起因した容量成分が顕在化する。このとき、上側トランジスタＱ１の端子間容量及び上側ダイオードＤ１の接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、上側トランジスタＱ１及び上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２に向けて流れる。また、下側トランジスタＱ２がターンオフすると、リアクトルＬ１から上側ダイオードＤ１を介して電流が流れる。このとき、回路経路内に寄生するインダクタンス成分によりサージ電圧が発生する。このサージ電圧によって中間電極板１１Ｍの電圧が上昇する。このとき、下側トランジスタＱ２の端子間容量及び下側ダイオードＤ２の接合容量を介して変位電流が流れる。この変位電流は、上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２及び下側ダイオードＤ２に向けて流れる。
【００４０】
図５に、下側トランジスタＱ２がターンオンしたときの変位電流を示す。下側トランジスタＱ２がターンオンすると、変位電流は、上側トランジスタＱ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流と、上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流とに分流する。平面パターンでは、下側トランジスタＱ２が上側トランジスタＱ１と上側ダイオードＤ１の間に配置されている。このため、それぞれの変位電流は、隣り合う素子間を流れるので、それぞれの電流経路のループの面積が小さくなり、それぞれの電流経路に依存する自己インダクタンスが小さくなる。また、上側トランジスタＱ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流経路の多くは、ｙ方向に沿って逆向きとなる成分で構成されており、その対向する電流によって磁束が打ち消しあうことにより自己インダクタンスが減少する。同様に、上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流経路の多くも、ｙ方向に沿って逆向きとなる成分で構成されており、その対向する電流によって磁束が打ち消しあうことにより自己インダクタンスが減少する。さらに、変位電流が分流することで、合成インダクタンスがそれぞれの自己インダクタンスの並列回路と等価となることから、変位電流の電流経路に依存する自己インダクタンスが全体として小さくなる。この結果、電力変換用モジュール１２Ａでは、下側トランジスタＱ２がターンオンするときのリンギング現象が改善される。
【００４１】
図６に、下側トランジスタＱ２がターンオフしたときの変位電流を示す。下側トランジスタＱ２がターンオフすると、変位電流は、上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流と、上側ダイオードＤ１から下側ダイオードＤ２に流れる電流とに分流する。平面パターンでは、上側ダイオードＤ１が下側トランジスタＱ２と下側ダイオードＤ２の間に配置されている。このため、それぞれの変位電流は、隣り合う素子間を流れるので、それぞれの電流経路のループの面積が小さくなり、それぞれの電流経路に依存する自己インダクタンスが小さくなる。また、上側ダイオードＤ１から下側トランジスタＱ２に流れる電流経路の多くは、ｙ方向に沿って逆向きとなる成分で構成されており、その対向する電流によって磁束が打ち消しあうことにより自己インダクタンスが減少する。同様に、上側ダイオードＤ１から下側ダイオードＤ２に流れる電流経路の多くも、ｙ方向に沿って逆向きとなる成分で構成されており、その対向する電流によって磁束が打ち消しあうことにより自己インダクタンスが減少する。さらに、変位電流が分流することで、合成インダクタンスがそれぞれの自己インダクタンスの並列回路と等価となることから、変位電流の電流経路に依存する自己インダクタンスが全体として小さくなる。この結果、電力変換用モジュール１２Ａでは、下側トランジスタＱ２がターンオフするときのリンギング現象が改善される。
【実施例２】
【００４２】
図７に、第２実施例の電力変換用モジュール１２Ａを示す。この例では、各電極板に対して金属バスバーを接続するための接続部２０が設けられていることを特徴としている。接続部２０は、各電極板に設けられている。なお、第１実施例と共通する構成要素に関しては共通の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
図８に、接続部２０の詳細を示す。なお、図８には、下側ダイオードＤ２近傍の接続部２０が示されているが、各電極板に設けられている他の接続部２０も共通形状である。接続部２０は、スペーサー電極２１と固定部２３を備えている。スペーサー電極２１は、導体であり、はんだ接合技術を利用して中間電極板１１Ｍの表面に固定されている。固定部２３は、一端がスペーサー電極２１に固定されているボルト２２と、そのボルト２２に着脱可能に構成されているナット２５を有している。図８に示されるように、金属バスバー２４は、固定部２３を用いてスペーサー電極２１上に保持される。このような接続部２０を利用すると、中間電極板１１Ｍと金属バスバー２４の間に、スペーサー電極２１に応じた距離が確保される。このため、金属バスバー２４との接続が容易であり、スペーサー電極２１を正電極板１１Ｐａ，１１Ｐｂ及び負電極板１１Ｎａ，１１Ｎｂの真上まで並走させることができ、金属バスバー２４と電力変換用モジュール１２Ａの接続部において寄生インダクタンスの増加を抑制することができる。なお、図９に示されるように、固定部２３は、ボルト２２の一端が固ナット２５に固定されていてもよい。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４５】
１：絶縁基板
１０：電力変換装置
１０Ｎ：負極配線
１０Ｐ：正極配線
１１：バッテリ
１１Ｍ：中間電極板
１１Ｍａ：メイン部
１１Ｍｂ，１１Ｍｃ：突出部
１１Ｎａ，１１Ｎｂ：負電極板
１１Ｐａ，１１Ｐｂ：正電極板
１２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２Ａ：電力変換用モジュール
１３：ＤＣ／ＡＣインバータ
Ｄ１：上側ダイオード
Ｄ２：下側ダイオード
Ｌ１：リアクトル
Ｑ１：上側トランジスタ
Ｑ２：下側トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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